CN117897253A - 拼焊板坯材料及其制造方法以及压制成形品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有成形性优异的接合部且由具有不同强度的金属材料构成的拼焊板坯材料以及简便且高效地制造该拼焊板坯材料的方法。另外，还提供使用了本发明的拼焊板坯材料的压制成形品。本发明的拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于，对一个构件与另一个构件进行线性摩擦接合，使一个构件与另一个构件的拉伸强度之差为150MPa以上。优选将线性摩擦接合时施加的接合压力设为P，将一个构件的拉伸强度成为P的温度设为T1(℃)，将另一个构件的拉伸强度成为P的温度设为T2(℃)，以T1与T2之差成为100℃以内的方式设定P。
Description
技术领域
本发明涉及拼焊板坯材料(tailored blank material)及其制造方法以及使用了该拼焊板坯材料的压制成形品。
背景技术
汽车用高强度钢板在实用时存在将多个钢板焊接而制成板材的拼焊板坯材料后，再通过压制成形等进行加工的情况。因此，不仅要求母材的成形性，还要求接合部的成形性。
然而，在通过以往的焊接技术得到的接合部中发生固化和/或软化，无法对接合部赋予与母材相同程度的成形性。特别是，随着成为对象的钢板的强度的增加，母材与接合部的机械性质之差变大，在结构设计以及加工工艺等中接合部成为明显的特异之处。
与此相对，例如在专利文献1(日本特开2014-83565号公报)中公开了一种拼焊板坯的制造方法，其特征在于：具有使厚板和薄板以一方的面成为一个平面的方式对接并进行焊接的焊接工序；和使在焊接工序中焊接的焊接部再熔融的再熔融工序，在再熔融工序中，将用于使焊接部再熔融的再熔融扫描速度以及热输入密度设定为在焊接部加入退火来进行再熔融部的冷却的值。
在上述专利文献1所记载的拼焊板坯的制造方法中，“通过将再熔融扫描速度设为低速，从而增大在再熔融时从再熔融部向再熔融部的周边进行热传导的时间，并扩大加热区域。通过将焊接部地周围的宽加热区域保持于高温，从而能够减小再熔融部与加热区域的温度差，并能够减缓再熔融部的冷却速度，以焊接部被退火的速度进行冷却。像这样将焊接部进行退火冷却，可以降低接合部的硬度。另外，通过在焊接时使焊接部表面形成的凹凸再熔融，从而能够平滑地形成接合部的表面。通过这些，可以缓和应力集中于接合部或接合部的裂纹”。
另外，在专利文献2(日本特表2015-510453号公报)中，公开了一种拼焊板坯的制造方法，其特征在于，使用填充焊丝(filler-wire)通过激光焊接来接合具有不同种类强度或不同种类厚度的镀覆钢板板坯。
在上述专利文献2所记载的拼焊板坯的制造方法中，“通过使用考虑了镀层的熔入而设计的填充焊丝来制造拼焊板坯，从而焊接部在热压制(hot stamping)成形后具有全马氏体组织。其结果是，在拼焊板坯的制造时不需要镀层除去工序和再镀敷工序，降低成本，并带来提高生产率的效果”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-83565号公报
专利文献2：日本特表2015-510453号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，上述专利文献1及专利文献2所公开的拼焊板坯的制造方法是通过熔融焊接来形成由熔融凝固组织构成的焊接部，焊接部的微细组织及机械性质的控制存在极限。在一般的碳钢材中，在焊接部生成马氏体，发生脆化和固化。另外，在熔融焊接时不可避免地升温至被接合材料的熔点以上的温度，因此特别是关于强度高的金属材料，热影响部的软化成为问题。
即，通过以往的焊接法形成的焊接部具有与母材不同的机械性质，这成为其特异之处，难以对包含该焊接部的拼焊板坯材料赋予良好的成形性。特别是在接合具有不同强度的金属材料所得到的拼焊板坯材料中，难以形成不仅具有充分的强度，而且具有不阻碍接合部的塑性变形的没有各向异性的各向同性的机械性质的良好的接合界面，进一步控制接合部的机械性质极为困难。
鉴于以上那样的现有技术中的问题点，本发明的目的在于提供一种具有成形性优异的接合部且由具有不同强度的金属材料构成的拼焊板坯材料、以及简便且高效地制造该拼焊板坯材料的方法。另外，本发明的目的还在于提供使用了本发明的拼焊板坯材料的压制成形品。
用于解决技术问题的手段
本发明人为了实现上述目的，对拼焊板坯材料中的接合部的成形性和优选的接合方法等反复进行了深入研究，结果发现使用线性摩擦接合等极其有效，从而完成了本发明。
即，本发明提供一种拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于：将一个构件与另一个构件进行线性摩擦接合，将所述一个构件与所述另一个构件的拉伸强度之差设为150MPa以上。
通过使用线性摩擦接合，即使是具有150MPa以上的拉伸强度之差的金属构件，也能够得到良好的固相接合部。另外，与作为代表性的固相接合法的摩擦搅拌接合(FSW：Friction Stir Welding)相比，在板厚方向上形成均质的极薄的接合区域，因此能够使对拼焊板坯材料的成形性造成的接合部的影响最小化。在此，从拼焊板坯材料的有用性和适用性的观点出发，更优选使一个构件与另一个构件的拉伸强度之差为300MPa以上。
图1中示出表示线性摩擦接合中的状况的示意图。线性摩擦接合是以使被接合材料彼此以线性运动摩擦时产生的摩擦热作为主要热源的固相接合。通过将因升温而软化的材料从被接合界面作为毛刺而排出，从而除去形成于被接合界面的氧化覆膜，并使新生面彼此抵接，由此能够得到接合部。
线性摩擦接合的条件只要不损害本发明的效果就没有特别限定，可以使用以往公知的各种接合条件，但通过将接合压力设定为高值，从而接合温度降低，且能够得到更狭窄的接合区域。频率、振幅以及摩擦变形量(burn-off length)等根据被接合材料的种类、大小以及形状等适当调整即可。
另外，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选将线性摩擦接合时施加的接合压力设为P，将上述一个构件的拉伸强度成为所述P的温度设为T1(℃)，将上述另一个构件的拉伸强度成为所述P的温度设为T2(℃)，以所述T1与所述T2之差成为100℃以内的方式设定所述P。若T1与T2之差为100℃以内，则即使是具有300MPa以上的拉伸强度之差的金属构件，在线性摩擦接合中两方的材料(一个构件与另一个构件)也在被接合界面附近变形，能够排出新生面彼此的抵接进行的接合所需的足够量的毛刺。在此，也可以代替拉伸强度而使用屈服强度。
另外，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选将上述一个构件和/或上述另一个构件设为钢板，将所述钢板的拉伸强度设为980MPa以上。通过使用线性摩擦接合，从而即使是拉伸强度为980MPa以上的高张力钢材，也能够形成良好的固相接合部。
另外，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选将上述一个构件和/或上述另一个构件设为镀锌钢板。若焊接镀锌钢板，则镀锌成分不可避免地混入焊接部，焊接部的机械性质降低。与此相对，在线性摩擦接合中，毛刺从接合界面的四周排出而实现接合，因此即使在接合中产生了镀锌的蒸发、熔融的情况下，也能够有效地抑制该镀锌成分向接合部的混入。特别是在对镀锌钢板进行线性摩擦接合的情况下，通过在与板厚垂直的方向上进行线性滑动，从而能够从占据接合部表面的大部分的长边迅速地排出毛刺，并能够极其有效地抑制镀锌成分向接合部的混入。
另外，本发明人详细观察了镀锌钢板的线性摩擦接合部，结果发现，形成于钢板的表面的锌镀层追随适度软化的毛刺而变形和/或移动，因此明确了线性摩擦接合部被锌镀层覆盖至毛刺的根部。即，通过使用线性摩擦接合，不仅能够抑制锌向接合部的混入，而且在接合后也能够用锌镀层充分覆盖接合部的表面。
在将被接合材料设为镀锌钢板的情况下，只要不损害本发明的效果，则该镀锌钢板的种类、大小及形状没有特别限定，可以使用以往公知的各种镀锌钢板。作为镀锌钢板，可以举出熔融镀锌钢板(GI)、合金化熔融镀锌钢板(GA)、电镀锌(EG)和双层形合金化熔融镀锌钢板(GAE)，另外，对于高耐腐蚀性的熔融锌、铝、镁合金镀层钢板(ZAM(注册商标)、SuperDyma(注册商标)：高耐候性镀层钢板)、锌铝合金镀层钢板、锌镍合金镀层钢板、锌镁镀层钢板等不同组成的镀锌钢板也能够应用同样的方法。另外，在各镀锌钢板中，只要不损害本发明的效果，则镀敷附着量(镀敷厚度)也没有特别限定，可以为以往公知的各种值。
进而，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选使接合温度为上述钢板的A1点以下。通过使接合温度为钢板的A1点以下，能够抑制钢板的软化或脆化。在此，在本发明中，“接合温度”是指线性摩擦接合时的被接合界面的所希望的最高到达温度。碳含量多的中·高碳等钢由于相变而形成脆的马氏体，存在接合困难的情况及接合部脆化的情况。与此相对，通过使接合温度为A1点以下，不发生相变，因此能够完全抑制脆的马氏体的形成。而且，通过接合温度的降低，能够抑制热影响部中的软化。
在此，若增加线性摩擦接合的施加压力，则该摩擦热增加，但软化后的材料成为毛刺而连续地排出，因此通过施加于软化的材料的压力(排出毛刺的力)来决定“接合温度”。即，在将施加压力设定得较高的情况下，能够将更高的强度(屈服强度高的状态)的被接合材料作为毛刺排出。在此，“屈服强度更高的状态”是指“更低温的状态”，因此“接合温度”因施加压力的增加而降低。屈服强度与温度的关系根据材料而大致恒定，因此与使用摩擦热的情况相比，能够极其准确地控制接合温度。
另外，本发明还提供一种拼焊板坯材料，其特征在于，具有一个构件与另一个构件经由线性摩擦接合界面成为一体的线性摩擦接合部，所述一个构件与所述另一个构件的拉伸强度之差为150MPa以上。
本发明的拼焊板坯材料中，一个构件与另一个构件的拉伸强度之差为150MPa以上，能够适合用作在各部位所要求的强度、板厚大不相同的情况下的拼焊板坯材料。另外，与其它的固相接合法相比，一个构件与另一个构件经由接合区域的宽度窄的线性摩擦接合部而牢固地接合，因此接合部对拼焊板坯材料的成形性的影响极小。一个构件与另一个构件的拉伸强度之差优选设为300MPa以上。
本发明的拼焊板坯材料优选上述一个构件和/或上述另一个构件为钢板，且所述钢板的拉伸强度为980MPa以上。通过使一个构件和/或另一个构件成为具有980MPa以上的拉伸强度的高张力钢板，从而能够适合用作汽车等的结构用构件。
另外，本发明的拼焊板坯材料优选上述一个构件和/或上述另一个构件为镀锌钢板。通过使用镀锌钢板，能够应用于要求耐腐蚀性的构件，例如，能够适合用作汽车等的结构用构件。
另外，本发明的拼焊板坯材料优选上述线性摩擦接合界面的维氏硬度(H)为上述一个构件及上述另一个构件的维氏硬度中的任意较高一方的值的1.1倍以下，且为所述一个构件及所述另一个构件的维氏硬度中的任意较低一方的值的0.9倍以上。通过使线性摩擦接合界面的维氏硬度(H)在这样的范围内，从而能够形成具有充分的强度并且不阻碍塑性变形的不具有各向异性的各向同性的机械性质的良好的接合部。
另外，本发明的拼焊板坯材料中，优选上述线性摩擦接合界面的维氏硬度(H)、上述一个构件的维氏硬度(H1)及上述另一个构件的维氏硬度(H2)满足0.8[(H1+H2)/2]≤H≤1.2[(H1+H2)/2]的关系。
在接合有强度不同的金属材料的拼焊板坯材料中，从赋予良好的成形性的观点出发，优选“一个构件～接合部～另一个构件”的硬度平滑地连续地变化(不使接合部成为特异之处)。在此，接合部的维氏硬度(H)为一个构件的维氏硬度(H1)和另一个构件的维氏硬度(H2)的平均值的0.8倍～1.2倍的范围，由此能够有效地抑制接合部成为特异之处。
本发明的拼焊板坯材料可以使用本发明的拼焊板坯材料的制造方法适当地得到。
进而，本发明还提供一种压制成形品，其特征在于，本发明的拼焊板坯材料的上述线性摩擦接合部发生了塑性变形。
本发明的拼焊板坯材料的线性摩擦接合部从机械性质的观点出发，不成为该拼焊板坯材料的特异之处，具有良好的成形性。其结果，在本发明的压制成形品中，在塑性变形了的线性摩擦接合部不伴有龟裂、褶皱等，具有良好的外观和高可靠性。
发明效果
根据本发明，能够提供具有成形性优异的接合部且由具有不同强度的金属材料构成的拼焊板坯材料、以及简便且高效地制造该拼焊板坯材料的方法。另外，也可以提供使用了本发明的拼焊板坯材料的压制成形品。
附图说明
图1是表示线性摩擦接合中的状况的示意图。
图2是表示本发明的线性摩擦接合的接合工序的示意图。
图3是表示各温度下的碳钢的变形应力(屈服应力)的图表。
图4是表示各温度下的各种金属的拉伸强度的图表。
图5是表示本发明的拼焊板坯材料的一例的大致截面图。
图6是表示本发明的压制成形品的一例的大致截面图。
图7是实施例中使用的590MPa级高强度钢板的母材组织。
图8是实施例中使用的980MPa级高强度钢板的母材组织。
图9是实施例中使用的1250MPa级高强度钢板的母材组织。
图10是表示实施例中使用的各高强度钢板的强度的温度依赖性的图表。
图11是实施590/980接头的截面宏观照片。
图12是实施590/1250接头的截面宏观照片。
图13是比较590/980接头的截面宏观照片。
图14是比较590/1250接头的截面宏观照片。
图15是实施590/980接头的线性摩擦接合界面附近的微细组织照片。
图16是实施590/1250接头的线性摩擦接合界面附近的微细组织照片。
图17是比较590/980接头的焊接部的微细组织照片。
图18是比较590/1250接头的焊接部的微细组织照片。
图19是实施590/980接头和比较590/980接头的维氏硬度分布。
图20是实施590/1250接头和比较590/1250接头的维氏硬度分布。
图21是埃里克森试验的概略图。
图22是实施590/980接头和比较590/980接头的埃里克森试验结果。
图23是实施590/1250接头和比较590/1250接头的埃里克森试验结果。
符号说明
2……一个构件，
4……另一个构件，
6……被接合界面，
8……毛刺，
10……拼焊板坯材料，
12……线性摩擦接合界面，
14……线性摩擦接合部，
20……压制成形品。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的拼焊板坯材料及该拼焊板坯材料的制造方法以及使用了该拼焊板坯材料的压制成形品的代表性的实施方式进行详细说明，但本发明并不仅限定于这些。另外，在以下的说明中，有时对相同或相当的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。另外，附图是用于概念性地说明本发明的图，因此也存在表示的各构成要素的尺寸或它们的比与实际的情况不同的情况。
(1)拼焊板坯材料的制造方法(线性摩擦接合方法)
图2是表示本发明中的线性摩擦接合的接合工序的示意图。线性摩擦接合具有：第一工序，使一个构件2与另一个构件4抵接而形成被接合界面6；第二工序，在对被接合界面6大致垂直地施加压力的状态下，使一个构件2与另一个构件4在同一轨迹上反复滑动，且与滑动的方向大致平行及大致垂直地从被接合界面排出毛刺8；以及第三工序，停止滑动而形成接合面。以下，对各工序进行详细说明。
(1-1)第一工序
第一工序是使一个构件2与另一个构件4抵接而形成被接合界面6的工序。使一个构件2和/或另一个构件4移动到期望形成接合部的部位，使被接合面彼此抵接，形成被接合界面6。一个构件2和另一个构件4的形状和大小只要不损害本发明的效果就没有特别限定，一个构件2和另一个构件4的形状和大小也可以不同。另外，具有被接合界面6的端面的形状和大小也可以在一个构件2和另一个构件4中不同。
在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，其特征在于，使一个构件2与另一个构件4的拉伸强度之差为150MPa以上。另外，该拉伸强度之差优选设为300MPa以上。在一个构件2与另一个构件4的强度差大的情况下，非常难以避免接合部成为机械性质的特异之处。然而，除了使用线性摩擦接合使接合部的宽度极窄之外，还能够通过接合温度的控制(低温化)来有效地抑制由马氏体的生成等引起的固化或热影响部的软化，从而得到良好的拼焊板坯材料。
另外，优选将一个构件2和/或另一个构件4设为钢板，并将该钢板的拉伸强度设为980MPa以上。通过使用线性摩擦接合，即使是拉伸强度为980MPa以上的高张力钢材，也能够形成良好的固相接合部。在此，钢板的更优选的拉伸强度为1180MPa以上。
另外，优选将一个构件2和/或另一个构件4设为镀锌钢板。若焊接镀锌钢板，则镀锌成分不可避免地混入焊接部，焊接部的机械性质会降低。相对于此，在线性摩擦接合中，毛刺从接合界面的四周排出而实现接合，因此即使在接合中产生了镀锌的蒸发或熔融的情况下，也能够有效地抑制该镀锌成分向接合部的混入。特别是在对镀锌钢板进行线性摩擦接合的情况下，通过在与板厚垂直的方向上进行线性滑动，从而能够从占据接合部表面的大部分的长边迅速地排出毛刺，能够极其有效地抑制镀锌成分向接合部的混入。
另外，形成于钢板的表面的锌镀层追随适度软化的毛刺而变形和/或移动，因此线性摩擦接合部被锌镀层覆盖至毛刺的根部。即，通过使用线性摩擦接合，不仅能够抑制锌混入接合部，而且在接合后，还能够利用锌镀层充分覆盖接合部的表面。
在将被接合材料设为镀锌钢板的情况下，只要不损害本发明的效果，则该镀锌钢板的种类、大小及形状没有特别限定，可以使用以往公知的各种镀锌钢板。作为镀锌钢板，可以举出熔融镀锌钢板(GI)、合金化熔融镀锌钢板(GA)、电镀锌(EG)和双层形合金化熔融镀锌钢板(GAE)，另外，对于高耐腐蚀性的熔融锌、铝、镁合金镀层钢板(ZAM(注册商标)、SuperDyma(注册商标)：高耐候性镀层钢板)、锌铝合金镀层钢板、锌镍合金镀层钢板、锌镁镀层钢板等不同组成的镀锌钢板也能够应用同样的方法。另外，在各镀锌钢板中，只要不损害本发明的效果，则镀敷附着量(镀敷厚度)也没有特别限定，可以为以往公知的各种值。
(1-2)第二工序
第二工序是在对被接合界面6大致垂直地施加了压力P的状态下，使一个构件2和另一个构件4在同一轨迹上反复滑动，与滑动的方向大致平行以及大致垂直地从被接合界面6排出毛刺8的工序。
使一个构件2和另一个构件4在同一轨迹上反复滑动的方法只要不损害本发明的效果就没有特别限定，可以使双方的构件一起振动，也可以固定一方而使另一方振动。
线性摩擦接合的条件只要不损害本发明的效果就没有特别限定，可以使用以往公知的各种接合条件，但通过将接合压力设定为高值，接合温度降低，能够得到更狭窄的接合区域。频率、振幅以及摩擦变形量(burn-off length)等根据被接合材料的种类、大小以及形状等适当调整即可。在此，通过使频率和/或振幅增加，能够使升温速度和冷却速度增加，能够有效地抑制热影响部的软化。另外，在通过新生面彼此的抵接而得到充分的接合强度的限度内，通过减小摩擦变形量(burn-offlength)，接合时间变短，能够降低对接合部的热影响。此外，通过增加频率、振幅，也能够缩短接合时间。
另外，在线性摩擦接合时施加的接合压力为P、一个构件2的拉伸强度成为P的温度为T1(℃)、另一个构件4的拉伸强度成为P的温度为T2(℃)的情况下，优选以T1与T2之差成为100℃以内的方式设定P。若T1与T2之差为100℃以内，则即使是具有300MPa以上的拉伸强度之差的金属构件，在线性摩擦接合中两方的材料(一个构件2与另一个构件4)也在被接合界面附近变形，能够排出由新生面彼此的抵接进行的接合所需的足够量的毛刺。T1与T2之差更优选设为50℃以内，最优选设为30℃以内。
在此，通过将线性摩擦接合时的压力P设定为期望的接合温度下的一个构件2和/或另一个构件4的屈服应力以上且拉伸强度以下，从而能够控制接合温度。例如，通过将压力P设定为期望的接合温度下的熔融镀锌钢板的屈服应力以上且拉伸强度以下，从而能够以熔融镀锌钢板为基准来决定接合温度。通过使压力P为熔融镀锌钢板的屈服应力以上，从而开始从被接合界面6排出毛刺8，若在拉伸强度之前的期间使压力P增加，则毛刺8的排出加速。与屈服应力同样地，特定的温度下的拉伸强度也根据被接合材料而大致恒定，因此能够实现与所设定的压力P对应的接合温度。
作为具体例，将各温度下的碳钢的变形应力(屈服应力)示于图3，将各温度下的各种金属的拉伸强度示于图4。需要说明的是，图3是记载于“铁与钢，第67年(1981)第11号，140页”的图表，图4是记载于“铁与钢，第72年(1986)第6号，55页”的图表。如这些图所示，特定温度下的拉伸强度和屈服应力根据材料而大致恒定。
即，在将接合时的压力P设定得较高的情况下，能够将更高的屈服强度和拉伸强度的被接合材料作为毛刺排出，能够使接合温度降低。另外，如图3和图4所示，特定的温度下的拉伸强度和屈服应力根据材料而大致恒定，因此通过基于被接合材料的强度的温度依赖性来设定接合压力P，能够极其准确地控制接合温度。
在线性摩擦接合中，也需要设定压力P以外的接合参数(对被接合材料进行激振的频率及振幅、接合时间及摩擦变形量(burn-off length)等)，但只要不损害本发明的效果，则这些值没有限制，只要根据被接合材料的材质、形状及尺寸等适当设定即可。在此，通过增加使被接合材料滑动的振幅、频率，从而升温速度以及接合后的冷却速度增加，但最高到达温度(接合温度)不变化。
另外，在将一个构件2和/或另一个构件4作为钢材的情况下，优选将接合温度设为该钢板的A1点以下。通过使接合温度为钢板的A1点以下，能够抑制钢板的软化或脆化。钢由于相变而形成脆的马氏体，存在接合困难的情况以及接合部脆化的情况。与此相对，通过使接合温度为A1点以下，不发生相变，因此能够完全抑制脆的马氏体的形成。而且，通过接合温度的降低，从而能够抑制热影响部的软化。
进而，在将一个构件2和/或另一个构件4设为镀锌钢板的情况下，接合温度优选设为锌的沸点(907℃)以下，更优选设为镀锌的熔点以下。在线性摩擦接合中，能够以接合压力P准确地决定接合温度，通过将该接合温度设为锌的沸点以下，从而能够抑制形成于钢板的表面的锌镀层的变化。另外，通过使接合温度为镀锌的熔点以下，能够更可靠地抑制锌镀层的变化。
(1-3)第三工序
第三工序是停止第二工序中的滑动而形成接合面的工序。在本发明的线性摩擦接合方法中，通过在从被接合界面6的整个面排出毛刺8之后使滑动停止，能够得到良好的接合体。另外，通过从被接合界面6的整个面排出毛刺8，能够抑制镀锌成分混入接合部。需要说明的是，在第二工序中施加于被接合材料的压力P可以直接维持，出于排出毛刺8并且使新生面更强力地抵接的目的，也可以为更高的值。
在此，只要在从被接合界面6的整个面排出毛刺8之后则停止滑动的时机没有限定，但通过从与滑动的方向大致垂直的方向观察被接合界面6，在毛刺8相对于滑动的方向大致平行地排出的瞬间执行滑动的停止，从而能够将毛刺8的排出量抑制在最小限度(将被接合材料的消耗抑制在最小限度)，并形成良好的接合部。需要说明的是，“与滑动的方向大致垂直的方向”以及“与滑动的方向大致平行的方向”都是相对于施加压力大致垂直的方向。
(2)拼焊板坯材料
图5是表示本发明的拼焊板坯材料的一例的大致截面图。拼焊板坯材料10是一个构件2与另一个构件4进行了线性摩擦接合而得到的材料，其特征在于，一个构件2与另一个构件4具有经由线性摩擦接合界面12而成为一体的线性摩擦接合部14，一个构件2与另一个构件4的拉伸强度之差为150MPa以上。另外，一个构件2与另一个构件4的拉伸强度之差优选为300MPa以上。在图5中，示出了进行线性摩擦接合的端部的大小和形状相同的对接接合的情况，但本发明的拼焊板坯材料不限于此，一个构件2和另一个构件4可以是不同的大小和/或形状，也可以是不同的材质。
拼焊板坯材料10的一个构件2与另一个构件4的拉伸强度之差成为150MPa以上(优选为300MPa以上)，能够适合地用作在各部位所要求的强度大不相同的情况下的拼焊板坯材料。另外，与其它的固相接合法相比，在接合区域的宽度窄的线性摩擦接合部14(线性摩擦接合界面12)，一个构件2与另一个构件4牢固地接合，因此接合部对拼焊板坯材料的成形性的影响极小。
拼焊板坯材料10中优选一个构件2和/或另一个构件4为钢板，该钢板的拉伸强度为980MPa以上。通过使一个构件2和/或另一个构件4成为具有980MPa以上的拉伸强度的高张力钢板，从而能够适合用作汽车等的结构用构件。在此，一个构件2和/或另一个构件4的更优选的拉伸强度为1180MPa以上。
另外，拼焊板坯材料10中，优选一个构件2和/或另一个构件4为镀锌钢板。通过使用镀锌钢板，能够应用于要求耐腐蚀性的构件，例如，能够适合用作汽车等的结构用构件。
在一个构件2和/或另一个构件4为镀锌钢板的情况下，在线性摩擦接合部14未混入形成于熔融镀锌钢板的表面的锌镀层的成分。“镀锌成分未混入线性摩擦接合部”通过使用SEM-EDS的元素分析对接合部的截面进行确认即可，但由于锌的定量值由于铁所引起的峰等的影响而产生误差，因此例如对接合部截面的整个区域取得元素测绘，根据在接合部的内部是否示出明确的锌的存在部位来进行判断即可。
另外，拼焊板坯材料10中，在线性摩擦接合后在线性摩擦接合界面12的外缘形成毛刺8，但在一个构件2和/或另一个构件4为镀锌钢板的情况下，线性摩擦接合部14的表面被锌镀层覆盖至毛刺8的根部。通过使线性摩擦接合部14的表面被锌镀层覆盖至毛刺8的根部，从而能够实现耐腐蚀性优异的接合部。
另外，拼焊板坯材料10的线性摩擦接合界面12的维氏硬度(H)优选为一个构件2及另一个构件4的维氏硬度中的任意较高一方的值的1.1倍以下，且为一个构件2及另一个构件4的维氏硬度中的任意较低一方的值的0.9倍以上。通过使线性摩擦接合界面12的维氏硬度(H)在这样的范围内，从而能够成为具有充分的强度并且不阻碍塑性变形的不具有各向异性的各向同性的机械性质的良好的接合部。
另外，拼焊板坯材料10中，优选线性摩擦接合界面12的维氏硬度(H)、一个构件2的维氏硬度(H1)及另一个构件4的维氏硬度(H2)满足0.8[(H1+H2)/2]≤H≤1.2[(H1+H2)/2]的关系。
在强度不同的金属材料接合而成的拼焊板坯材料10中，从赋予良好的成形性的观点出发，优选“一个构件～接合部～另一个构件”的硬度平滑地连续地变化(不使接合部成为特异之处)。在此，通过接合部的维氏硬度(H)成为一个构件2的维氏硬度(H1)和另一个构件4的维氏硬度(H2)的平均值的0.8倍～1.2倍的范围(更优选为0.9倍～1.1倍的范围)，从而能够有效地抑制接合部成为特异之处。
线性摩擦接合界面12的宽度极薄，也依赖于线性摩擦接合条件，但由于成为0.2～2.0mm左右，因此也存在难以测定仅该区域的硬度的情况。因此，接合部的维氏硬度(H)使用以维氏硬度计的压头成为线性摩擦接合界面的大致中心的方式确定测定位置而得到的值即可。
(3)压制成形品
图6是表示本发明的压制成形品的一例的大致截面图。压制成形品20的特征在于拼焊板坯材料10的线性摩擦接合部14发生了塑性变形。
从机械性质的观点出发，线性摩擦接合部14不成为拼焊板坯材料10的特异之处，具有良好的成形性。其结果，在压制成形品20中，在塑性变形的线性摩擦接合部14不伴有龟裂、褶皱等，具有良好的外观和高可靠性。
对线性摩擦接合部14赋予的塑性加工的种类和大小只要不损害本发明的效果就没有特别限定，根据期望的压制成形品20的形状等适当决定即可。
以上，对本发明的代表性的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限于这些，能够进行各种设计变更，这些设计变更全部包含在本发明的技术范围内。
实施例
《实施例》
被接合材料中使用了590MPa级高强度钢板(析出强化钢，0.07％C-0.02％Si-1.87％Mn-0.015％P-0.003％S)、980MPa级高强度钢板(DP钢，0.113％C-0.941％Si-2.09％Mn-0.018％P-0.002％S)和1250MPa级高强度钢板(马氏体钢，0.15％C-0.18％Si-1.23％Mn-0.016％P-0.004％S)的强度等级不同的三种高强度钢板。
将590MPa级高强度钢板的母材组织示于图7，将980MPa级高强度钢板的母材组织示于图8，将1250MPa级高强度钢板的母材组织示于图9。590MPa级高强度钢板具有由铁素体和渗碳体构成的微细组织，980MPa级高强度钢板具有由铁素体和马氏体构成的微细组织，1250MPa级高强度钢板具有由马氏体构成的微细组织。
钢板的尺寸全部为2mm×80mm×62.5mm，在2mm×80mm的端面彼此对接而实施了线性摩擦接合。被接合材料的组合为590MPa级高强度钢板与980MPa级高强度钢板的异种材料接合(590/980接头)、以及590MPa级高强度钢板与1250MPa级高强度钢板的异种材料接合(590/1250接头)。
另外，为了确定线性摩擦接合的接合压力，调查了3种高强度钢板的强度的温度依赖性。将应变速率设为1.0/s、测定400～800℃的温度下的拉伸强度的结果示于图10。在尽可能降低接合温度的基础上，为了将双方的被接合材料作为毛刺从被接合界面附近充分排出，将接合压力设定为250MPa。作为在伴随着250MPa的接合压力的线性摩擦接合中形成毛刺的温度，在590MPa级高强度钢板中成为约650℃，在980MPa级高强度钢板中成为约670℃，在1250MPa级高强度钢板中成为约710℃。
接合压力以外的线性摩擦接合条件以频率：30Hz、振幅：1mm和摩擦变形量：2.7mm恒定，得到了实施590/980接头和实施590/1250接头。
《比较例》
代替线性摩擦接合而使用激光焊接进行接合，除此以外，与实施例同样地得到了比较590/980接头及比较590/1250接头。
激光焊接使用盘式激光器在大气中实施，激光输出：4kW、焊接速度：6m/s、激光光斑直径：340μm。
[评价]
(1)接头的截面宏观观察
制作得到的各接头的截面试样，实施镜面研磨后进行了光学显微镜观察。
将实施590/980接头的截面宏观照片示于图11，将实施590/1250接头的截面宏观照片示于图12。可知在任何接头中，均从两方的被接合材料排出充分的毛刺，形成没有缺陷的良好的固相接合部。
将比较590/980接头的截面宏观照片示于图13，将比较590/1250接头的截面宏观照片示于图14。在任何接头中均形成有良好的激光焊接部，未发现焊接缺陷等。
(2)接合部的微细组织观察
为了确认接合界面的状况，进行了接合部截面试样的SEM观察。对截面进行研磨及腐蚀(4％硝酸乙醇溶液)后，使用扫描电子显微镜(FE-SEM，日本电子株式会社制JSM-7001FA)进行了组织观察。需要说明的是，研磨中使用了金刚砂纸(#600～#3000)以及金刚石研磨膏(粒度为3μm以及1μm)。需要说明的是，母材观察用的试样也同样地准备。
将实施590/980接头的线性摩擦接合界面附近的微细组织照片示于图15。590MPa级高强度钢板侧的微细组织由铁素体和微量的马氏体构成，980MPa级高强度钢板侧的微细组织由铁素体和马氏体构成。这些微细组织表示线性摩擦接合温度为A1点附近。另外，可知在线性摩擦接合界面也不存在微小的缺陷。
将实施590/1250接头的线性摩擦接合界面附近的微细组织照片示于图16。590MPa级高强度钢板侧及1250MPa级高强度钢板侧的微细组织均由铁素体和微细渗碳体构成，表示线性摩擦接合温度为A1点以下。另外，在线性摩擦接合界面也不存在微小的缺陷。在此，A1点分别为：590MPa级高强度钢板：660℃、980MPa级高强度钢板：668℃、1250MPa级高强度钢板：693℃，根据图10所示的各钢板的强度的温度依赖性，实际的接合温度与A1点成为接近的值，在实施590/1250接头的情况下，两材料均成为A1点以下。
将比较590/980接头和比较590/1250接头的焊接部的微细组织照片分别示于图17和图18。在进行激光焊接的情况下，在两焊接部形成仅由马氏体构成的微细组织。
(3)维氏硬度测定
对上述实施例和比较例中得到的各接头的接合部截面进行维氏硬度测定。测定装置使用FUTURE-TECH制的ARS10K，在1kg、10s的条件下进行测定。
将实施590/980接头及比较590/980接头的截面中的与接合界面垂直的维氏硬度分布示于图19。590MPa级高强度钢板的维氏硬度成为约200Hv，980MPa级高强度钢板的维氏硬度成为约350Hv。线性摩擦接合部的维氏硬度在两钢板的值之间，590MPa级高强度钢板～线性摩擦接合部～980MPa级高强度钢板的硬度缓慢变化。线性摩擦接合界面的维氏硬度成为250Hv，成为590MPa级高强度钢板的维氏硬度与980MPa级高强度钢板的维氏硬度之间的值，成为590MPa级高强度钢板的维氏硬度与980MPa级高强度钢板的维氏硬度的平均值的0.8倍～1.2倍的范围。
另一方面，在比较590/980接头的接合部，由于马氏体的形成而确认到大幅度的硬度上升。可知接合部的硬度成为比980MPa级高强度钢板的硬度高100Hv左右的值，接合部成为机械性质的特异之处。
将590/1250接头的截面中的与线性摩擦接合界面垂直的维氏硬度分布示于图20。590MPa级高强度钢板的维氏硬度成为约200Hv，1250MPa级高强度钢板的维氏硬度成为约450Hv。线性摩擦接合部的维氏硬度在两钢板的值之间，590MPa级高强度钢板～线性摩擦接合部～1250MPa级高强度钢板的硬度缓慢变化。线性摩擦接合界面的维氏硬度成为270Hv，成为590MPa级高强度钢板的维氏硬度与1250MPa级高强度钢板的维氏硬度之间的值，成为590MPa级高强度钢板的维氏硬度与1250MPa级高强度钢板的维氏硬度的平均值的0.8倍～1.2倍的范围。
另一方面，在比较590/1250接头的接合部中，主要在590MPa级高强度钢板中产生由马氏体的形成引起的硬度上升，在1250MPa级高强度钢板侧产生热影响部中的软化。另外，线性摩擦接合界面附近的硬度成为高于1250MPa级高强度钢板的值。由此可知，比较590/1250接头的接合部的硬度大幅变化，接合部成为机械性质的特异之处。
(4)成形性的评价(埃里克森试验)
为了评价得到的各接头的成形性，进行了埃里克森试验。将实施的埃里克森试验的概略图示于图21。试验片形状为1.8mm厚×80mm宽×120mm长的矩形板，将接合线配置于试验片中央。需要说明的是，从线性摩擦接合接头的接合部排出的毛刺用金刚砂纸(#80)除去。
埃里克森试验使用自动型万能深拉伸试验机(JT TOHSISAS-200D)，在一定的冲头速度：5mm/s、防皱力：30kN的条件下实施。冲头的形状为直径20mm的半球状，在冲头的顶部附近断裂，因此作为润滑材料使用了0.1mm厚的特氟龙片。测定直至塑性变形区域破裂为止的圆顶高度，评价各接头的成形性。
将实施例590/980接头和比较590/980接头的结果示于图22，将实施例590/1250接头和比较590/1250接头的结果示于图23。在任一情况下，实施接头与比较接头相比均圆顶更高，本发明的实施接头具有优异的成形性。需要说明的是，比较接头是通过在熔融焊接中得到最良好的成形性的激光焊接而得到的，可知本发明的实施接头与以往的通过熔融焊接得到的拼焊板坯材料相比，具有更优异的成形性。
Claims (11)
1.一种拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于，
将一个构件与另一个构件进行线性摩擦接合，并且
将所述一个构件与所述另一个构件的拉伸强度之差设为150MPa以上。
2.根据权利要求1所述的拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于，
将线性摩擦接合时施加的接合压力设为P，将所述一个构件的拉伸强度成为所述P的温度设为T1，将所述另一个构件的拉伸强度成为所述P的温度设为T2，其中T1和T2的单位为℃，
设定所述P使得所述T1与所述T2之差成为100℃以内。
3.根据权利要求1或2所述的拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于，
将所述一个构件和/或所述另一个构件设为钢板，并将所述钢板的拉伸强度设为980MPa以上。
4.根据权利要求1或2所述的拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于，
将所述一个构件和/或所述另一个构件设为镀锌钢板。
5.根据权利要求3所述的拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于，
将接合温度设为所述钢板的A1点以下。
6.一种拼焊板坯材料，其特征在于，
具有一个构件与另一个构件经由线性摩擦接合界面而成为一体的线性摩擦接合部，
所述一个构件与所述另一个构件的拉伸强度之差为150MPa以上。
7.根据权利要求6所述的拼焊板坯材料，其特征在于，
所述一个构件和/或所述另一个构件是钢板，
所述钢板的拉伸强度为980MPa以上。
8.根据权利要求6或7所述的拼焊板坯材料，其特征在于，
所述一个构件和/或所述另一个构件为镀锌钢板。
9.根据权利要求6或7所述的拼焊板坯材料，其特征在于，
所述线性摩擦接合界面的维氏硬度H为所述一个构件及所述另一个构件的维氏硬度中的任意较高一方的值的1.1倍以下，且为所述一个构件及所述另一个构件的维氏硬度中的任意较低一方的值的0.9倍以上。
10.根据权利要求6或7所述的拼焊板坯材料，其特征在于，
所述线性摩擦接合界面的维氏硬度H、所述一个构件的维氏硬度H1及所述另一个构件的维氏硬度H2满足下述(1)式的关系，
0.8[(H1+H2)/2]≤H≤1.2[(H1+H2)/2] (1)。
11.一种压制成形品，其特征在于，
根据权利要求6或7所述的拼焊板坯材料的所述线性摩擦接合部发生了塑性变形。
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